Зірка це чи чорна діра? Нещодавно відкритий астрономічний об’єкт виявився дивною сумішшю обох.
Розміром приблизно з Сонячну систему та оповитий хмарою газу, цей об’єкт виробляє в 100 мільярдів разів більше енергії, ніж будь-яка відома зірка.
Об’єкт, виявлений за допомогою Космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), настільки незвичний, що астрономи охрестили його «зорею-чорною дірою».
І хоча це перший подібний об’єкт, описаний науковцями, дослідники, які його виявили, вже впевнені, що це далеко не останній.
Відкриття, опубліковане в журналі Nature, може допомогти з’ясувати природу таємничих «маленьких червоних крапок», виявлених на зображеннях раннього Всесвіту, зроблених JWST.
Провідний дослідник Рохан Найду, астроном з Університету Гаваїв, зазначив, що «зорі-чорні діри» мають «приголомшливу фізику».
«Ми раді вивчати новий вид астрофізичного об’єкта», — сказав Найду.
«Залишилося зробити так багато».
Дивні маленькі червоні крапки можуть бути «зорями-чорними дірами»
Коли JWST почав надсилати зображення на Землю, астрономи виявили в даних дещо неочікуване: крапки, які вони назвали «маленькими червоними крапками» (LRDs).
Ці крапки походять з раннього Всесвіту: приблизно через 650 мільйонів — 1,6 мільярда років після Великого вибуху.
Це дослідження використовувало JWST для детальнішого вивчення однієї з таких маленьких червоних крапок, MoM-BH*-1.
Світло від цієї крапки походить від 660 мільйонів років після Великого вибуху і подолало космічну відстань понад 13 мільярдів років.
Вони виявили, що світло від крапки походить не від зірок чи пилу, що заповнював міжзоряний простір.
Маленькі червоні крапки, обведені тут синім, показані на зображеннях Космічного телескопа Джеймса Вебба.
NASA, команда UNCOVER і Карл Глазебрук
Натомість, воно, ймовірно, походить від дуже щільного воднево-гелієвого газу.
Дослідники провели серію симуляцій, щоб знайти об’єкт, який міг би пояснити сигнали, отримані від JWST.
«Мені знадобилося кілька місяців безперервних пошуків моделі, яка б добре відповідала даним», — сказав Найду.
Ця модель — величезна, молода чорна діра, оточена не пилом чи зірками, як старі чорні діри, а девственим газом.
Дослідники назвали її «зорею-чорною дірою», оскільки вона нагадує масивну зірку, але живиться від чорної діри в центрі.
Ніколас Сеймур, астроном з Університету Кертін, який не брав участі у дослідженні, зазначив, що об’єкт має масу приблизно в мільйон разів більшу за Сонце.
«Це звучить неймовірно, але порівняно з монстрами масою в мільярд Сонць, які ми бачимо в ранньому Всесвіті, він відносно невеликий», — сказав Сеймур.
Сама чорна діра була б розміром лише приблизно у вісім разів більшою за Сонце, але газ навколо неї простягався б на розмір Сонячної системи.
«Уявіть собі об’єкт масою в мільйон Сонць, захований у бурхливій хмарі, що простягається на всю нашу Сонячну систему», — додав Сеймур.
Крістіан Вольф, астроном з Австралійського національного університету, який також не брав участі у дослідженні, назвав її «найзахопливішою чорною дірою, про яку повідомлялося за роки досліджень чорних дір».
«Вона показує, що стан, у якому перебувають ці чорні діри, відрізняється від усього, що ми бачили традиційно», — сказав Вольф.
«Це перший „підліток надмасивних чорних дір“, якого побачило людство.
«Добре те, що це вказує нам на умови навколишнього середовища, в яких ці ранні чорні діри розвивали свою ідентичність та фізичну природу».
Найду розповів, що він та інші дослідники відтоді вивчили ще 100 маленьких червоних крапок.
«Ми виявили, що справді, серце, оповите газом, дивовижно схоже на MoM-BH*-1, знаходиться в центрі кожної маленької червоної крапки», — сказав він.
Новий об’єкт виявляється чорною дірою у величезному полі газу, що випромінює, як зірка.
Rohan Naidu/University of Hawai'i
Що з’явилося першим: чорна діра чи зірка?
Вольф зазначив, що це відкриття додає доказів до теорії, що змінюється, про формування Всесвіту.
«Тривалий час більшість дослідників вважали само собою зрозумілим, що чорні діри спочатку були насінням, утвореним колапсом масивних короткоживучих зірок у ранньому Всесвіті, а потім зростали звідти», — сказав він.
Хоча це відбувається і в сучасному Всесвіті, відкриття «зірок-чорних дір» свідчить про те, що надмасивні чорні діри можуть формуватися без супутніх галактик.
«Тут ми бачимо оголену чорну діру, яка перетворюється на щось велике, і немає жодних ознак галактики із зірками навколо неї», — сказав Вольф.
Це доповнює теорію про те, що в ранньому Всесвіті гігантські чорні діри формувалися чимось іншим, ніж колапс зірки.
«Здається, чорні діри з’являються першими, а потім стають насінням для формування галактик навколо них», — сказав Вольф.
«Знову ж таки, новий, потужніший телескоп показує нам, що наша уява є доволі обмеженою, доки ми не спрямуємо його, не отримаємо кращий огляд і не побачимо більше магії, ніж вважали правдоподібною».
Хоча JWST виявив ці об’єкти, інші телескопи, як-от радіотелескопи, можуть допомогти вивчати їх далі за допомогою нових потоків даних.
Сеймур використовує телескопи Murchison Widefield Array та Australian SKA Pathfinder в Західній Австралії для пошуку чорних дір з раннього Всесвіту.
«Наша робота припускає, що ми можемо знайти набагато більше таких об’єктів, потенційно спостерігаючи чорні діри на ще ранніших стадіях їхнього зростання», — сказав він.
«Якщо так, то ми можемо наблизитися до розгадки однієї з найбільших загадок астрономії: як перші надмасивні чорні діри виросли так швидко і так великі?»